Ingeniería mecánica dinámica (3a. ed.).

666 Pages·2012·21.632 MB·Spanish

by  Andrew Pytel

Ingeniería mecánica: dinámica, © D.R. 2012 por Cengage Learning Editores, S.A.
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Coordinador de manufactura: Traducido del libro
Rafael Pérez González Engineering Mechanics Dynamics, Third Edition.
Andrew Pytel, Jaan Kiusalaas
Editores: Publicado en inglés por Cengage Learning
Ivonne Arciniega Torres © 2010
Timoteo Eliosa García ISBN: 978-0-495-29561-7
Diseño de portada: Datos para catalogación bibliográfi ca:
Studio 2.0 Pytel, Andrew y Jaan Kiusalaas
Ingeniería mecánica: dinámica, Tercera edición
Imagen de portada: ISBN-13: 978-607-481-871-0
© fotomak/Shutterstock ISBN-10: 607-481-871-1
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y
Para Judy, Nicholas, Jennifer, Timothy

11.1 Introducción 1
11.2 Derivadas de funciones vectoriales 3
11.3 Posición, velocidad y aceleración de una partícula 4
11.4 Mecánica newtoniana 5

12.1 Introducción 15
12.2 Cinemática 16
12.3 Cinética: método fuerza-masa-aceleración 27
12.4 Dinámica del movimiento rectilíneo 29
12.5 Movimiento curvilíneo 44
*12.6 Análisis del movimiento por el método de áreas 56

13.1 Introducción 69
13.2 Cinemática: coordenadas de trayectoria (normal-tangencial) 70
13.3 Cinemática: coordenadas polares y cilíndricas 82
13.4 Cinética: método de fuerza-masa-aceleración 95

14.1 Introducción 117
14.2 Trabajo de una fuerza 118
14.3 Principio de trabajo y energía cinética 122
14.4 Fuerzas conservativas y la conservación de la energía mecánica 133
14.5 Potencia y e(cid:192) ciencia 144
14.6 Principio de impulso y cantidad de movimiento 150
14.7 Principio de impulso y cantidad de movimiento angulares 158
*14.8 Movimiento espacial bajo una fuerza gravitacional 168
*Indica apartados opcionales
15.1 Introducción 185
15.2 Cinemática de movimiento relativo 186
15.3 Cinemática de movimiento restringido 192
15.4 Cinética: método de fuerza-masa-aceleración 198
15.5 Principios de trabajo-energía 214
15.6 Principio de impulso y cantidad de movimiento 217
15.7 Principio de impulso y cantidad de movimiento angular 218
15.8 Impacto plástico 234
15.9 Movimiento impulsivo 236
15.10 Impacto elástico 248
*15.11 Flujo de masa 257
16.1 Introducción 273
16.2 Movimiento angular en un plano 275
16.3 Rotación respecto a un eje (cid:192) jo 278
16.4 Movimiento relativo de dos puntos en un cuerpo rígido 287
16.5 Método de velocidad relativa 288
16.6 Centro instantáneo para las velocidades 301
16.7 Método de la aceleración relativa 312
16.8 Derivadas absolutas y relativas de vectores 326
16.9 Movimiento relativo a un marco de referencia en
rotación 329
*16.10 Método de las restricciones 344

17.1 Introducción 357
17.2 Momento de inercia de masa; cuerpos compuestos 358
17.3 Cantidad de movimiento angular de un cuerpo rígido 368
17.4 Ecuaciones de movimiento 371
17.5 Método de fuerza-masa-aceleración: movimiento
en un plano 373
*17.6 Ecuaciones diferenciales de movimiento 398

18.1 Introducción 415
Parte A. Método de trabajo-energía 416
18.2 Trabajo y potencia de un par 416
18.3 Energía cinética de un cuerpo rígido 418
18.4 Principio de trabajo-energía y conservación de la
energía mecánica 429
Parte B. Método de impulso-cantidad de movimiento 442
18.5 Diagramas de la cantidad de movimiento 442
18.6 Principios de impulso-cantidad de movimiento 444
18.7 Impacto del cuerpo rígido 459
*19.1 Introducción 475
*19.2 Cinemática 476
*19.3 Método de impulso-cantidad de movimiento 491
*19.4 Método de trabajo-energía 497
*19.5 Método de fuerza-masa-aceleración 511
*19.6 Movimiento de un cuerpo con simetría axial 527

20.1 Introducción 547
20.2 Vibraciones libres de partículas 548
20.3 Vibraciones forzadas de partículas 565
20.4 Vibraciones de un cuerpo rígido 578
*20.5 Métodos basados en la conservación de la energía 587

E.1 Introducción 601
E.2 Métodos numéricos 601
E.3 Aplicación del MATLAB 602
E.4 Interpolación lineal 605
F.1 Introducción 607
F.2 Resumen del momento de inercia de masa 607
F.3 Momentos de inercia de las placas delgadas 608
F.4 Momentos de inercia de masa por integración 609
F.5 Productos de inercia de masa: teoremas de los ejes paralelos 616
F.6 Productos de inercia por integración; placas delgadas 617
F.7 Tensor de inercia; momento de inercia respecto a un eje arbitrario 618
F.8 Momentos y ejes principales de inercia 619

La estática y la dinámica son disciplinas básicas para muchas ramas de la ingenie-
ría y se conocen como mecánica para ingeniería. La mecánica es, a su vez, básica
en muchos campos de ingeniería, tales como la aeroespacial, la civil y mecánica.
Además la mecánica desempeña un papel fundamental en diversas áreas como la
medicina y la biología. Utilizar los principios de la estática y dinámica en un am-
plio rango de aplicaciones exige razonamiento y práctica más que memorización.
Aunque los principios de estática y dinámica son relativamente pocos, sólo pueden
dominarse verdaderamente con el estudio y análisis de los problemas. Por tanto,
todos los libros de texto modernos, incluyendo los nuestros, tienen un gran número
de problemas para que sean resueltos por el estudiante. El aprendizaje de un método de
ingeniería para la solución de un problema es una de las lecciones más valiosas del
estudio de la estática y dinámica.
En ésta nuestra tercera edición de Estática y Dinámica hemos realizado un gran
esfuerzo para mejorar nuestra presentación sin comprometer los siguientes princi-
pios que conforman la base de nuestras ediciones anteriores.
• Cada problema de ejemplo se ha elegido de manera cuidadosa para ayudar a los
estudiantes a dominar las complejidades del análisis del problema de ingeniería.
• La selección de problemas de tarea está balanceada entre los problemas del
“libro de texto” que muestran los principios de mecánica de una forma sencilla
y los problemas prácticos, que son aplicables a un diseño de ingeniería.
• El número de problemas que usan las unidades del sistema inglés y el número
de los que usan unidades SI son aproximadamente iguales.
• En todo el libro se pone énfasis en la importancia de dibujar correctamente los
diagramas de cuerpo libre.
• Cuando sea aplicable, se compara el número de ecuaciones independientes con
el número de incógnitas antes de que se escriban las ecuaciones que gobiernan el
problema.
• Se han integrado discretamente dentro del texto métodos numéricos para la so-
lución de problemas, haciendo hincapié en las aplicaciones de la computadora,
no en la programación.
• Se presentan problemas de repaso al (cid:192) nal de cada capítulo para motivar a los
estudiantes a sintetizar los temas que se tratan en el capítulo.
Tanto Estática como Dinámica contienen varios temas, que son opcionales y se
han indicado con un asterisco (*). Éstos pueden omitirse sin arriesgar la presenta-
ción de otros. También se utiliza un asterisco para indicar los problemas que requie-
ren un razonamiento avanzado. Los apartados, problemas de ejemplo y problemas
asociados con los métodos numéricos son precedidos por un icono que representa
un disco compacto.